Masa este încă un mister pentru fizicieni

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-16 16:15

Masa este unul dintre conceptele fundamentale și, în același timp, misterioase din știință. În lumea particulelor elementare, ea nu poate fi separată de energie. Este diferit de zero chiar și pentru neutrini și cea mai mare parte este situată în partea invizibilă a Universului. RIA Novosti spune ce știu fizicienii despre masă și ce secrete sunt asociate cu aceasta.

Relativ și elementar

În suburbiile Parisului, la sediul Biroului Internațional de Greutăți și Măsuri, se află un cilindru dintr-un aliaj de platină și iridiu care cântărește exact un kilogram. Acesta este standardul pentru întreaga lume. Masa poate fi exprimată în termeni de volum și densitate și se poate considera că servește ca măsură a cantității de materie din corp. Dar fizicienii care studiază microlumea nu sunt mulțumiți cu o explicație atât de simplă.

Imaginați-vă că mișcați acest cilindru. Înălțimea sa nu depășește patru centimetri; cu toate acestea, va trebui depus un efort vizibil. Va fi nevoie de și mai mult efort pentru a muta, de exemplu, frigiderul. Necesitatea aplicării unei forțe a fizicii se explică prin inerția corpurilor, iar masa este considerată ca un coeficient care leagă forța și accelerația rezultată (F = ma).

Masa servește ca măsură nu numai a mișcării, ci și a gravitației, ceea ce face ca corpurile să se atragă între ele (F = GMm / R2). Când ajungem pe scară, săgeata deviază. Acest lucru se datorează faptului că masa Pământului este foarte mare, iar forța gravitației ne împinge literalmente la suprafață. Pe o lună mai deschisă, o persoană cântărește de șase ori mai puțin.

Gravitația nu este mai puțin misterioasă decât masa. Presupunerea că în timp ce se mișcă unele corpuri foarte masive pot emite unde gravitaționale a fost confirmată experimental abia în 2015 pe detectorul LIGO. Doi ani mai târziu, această descoperire a fost distinsă cu Premiul Nobel.

Conform principiului de echivalență propus de Galileo și rafinat de Einstein, masele gravitaționale și inerțiale sunt egale. De aici rezultă că obiectele masive sunt capabile să îndoaie spațiu-timp. Stelele și planetele creează în jurul lor pâlnii gravitaționale, în care sateliții naturali și artificiali se învârt până când cad la suprafață.

De unde vine masa

Fizicienii sunt convinși că particulele elementare trebuie să aibă masă. Este dovedit că electronul și blocurile de construcție ale universului - quarcii - au masă. Altfel, ei nu ar putea forma atomi și toată materia vizibilă. Un univers fără masă ar fi un haos de cuante de diferite radiații, care se repezi cu viteza luminii. Nu ar exista galaxii, stele, planete.

Dar de unde își ia masa particulei?

„La crearea modelului standard în fizica particulelor – o teorie care descrie interacțiunile electromagnetice, slabe și puternice ale tuturor particulelor elementare, au apărut mari dificultăți. Modelul conținea divergențe inevitabile din cauza prezenței unor mase diferite de particule de particule”, spune Alexander Studenikin, Doctor în științe, către RIA Novosti. Profesor al Departamentului de Fizică Teoretică, Departamentul de Fizică, Universitatea de Stat Lomonoșov din Moscova.

Soluția a fost găsită de oamenii de știință europeni la mijlocul anilor 1960, sugerând că există un alt domeniu în natură - unul scalar. Ea pătrunde în întregul Univers, dar influența sa este vizibilă doar la nivel micro. Particulele par să se blocheze în el și astfel câștigă masă.

Câmpul scalar misterios a fost numit după fizicianul britanic Peter Higgs, unul dintre fondatorii Modelului Standard. Un boson, o particulă masivă apărută în câmpul Higgs, îi poartă și numele. A fost descoperit în 2012 în experimente de la Large Hadron Collider de la CERN. Un an mai târziu, Higgs a primit Premiul Nobel împreună cu François Engler.

Vânătoarea de fantome

Particule-fantomă - neutrino - a trebuit de asemenea să fie recunoscută ca fiind masivă. Acest lucru se datorează observațiilor fluxurilor de neutrini de la Soare și ale razelor cosmice, care nu au putut fi explicate mult timp. S-a dovedit că o particulă este capabilă să se transforme în alte stări în timpul mișcării sau să oscileze, după cum spun fizicienii. Acest lucru este imposibil fără masă.

„Neutrinii electronici, care se nasc, de exemplu, în interiorul Soarelui, în sens strict nu pot fi considerați particule elementare, deoarece masa lor nu are un sens definit. Dar în mișcare, fiecare dintre ei poate fi considerat ca un suprapunerea particulelor elementare (numite și neutrini) cu mase m1, m2, m3 Datorită diferenței de viteză a neutrinilor de masă, detectorul detectează nu numai neutrinii electronici, ci și neutrinii de alte tipuri, cum ar fi neutrinii muonici și tau. Aceasta este o consecință a amestecării și oscilațiilor prezise în 1957 de Bruno Maksimovici Pontecorvo”, explică profesorul Studenikin.

S-a stabilit că masa unui neutrin nu poate depăși două zecimi de electron volt. Dar sensul exact este încă necunoscut. Oamenii de știință fac acest lucru în experimentul KATRIN de la Institutul de Tehnologie din Karlsruhe (Germania), lansat pe 11 iunie.

"Întrebarea mărimii și naturii masei neutrinilor este una dintre principalele. Soluția sa va servi drept bază pentru dezvoltarea în continuare a ideilor noastre despre structură", conchide profesorul.

S-ar părea că, în principiu, se știe totul despre masă, rămâne de clarificat nuanțele. Dar acesta nu este cazul. Fizicienii au calculat că materia, care poate fi observată, ocupă doar cinci procente din masa materiei din univers. Restul este materie și energie întunecată ipotetică, care nu emit nimic și, prin urmare, nu sunt înregistrate. Din ce particule constau aceste părți necunoscute ale universului, care este structura lor, cum interacționează ele cu lumea noastră? Următoarele generații de oameni de știință vor trebui să-și dea seama.